智能桁架机电耦合动力分析与振动控制

把作为主动杆全部或部分的压电陶瓷作动／检测元件视为多层迭合体，从机电耦合弹性理论出发，利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理建立了智能桁架结构机电耦合有限元动力分析模型，可用于机械／电载荷共同作用下的结构静／动力分析和振动控制系统设计。同时给出了元件的作动／检测方程，并以压电作动元件输入电压作为控制量，利用结构状态空间方程进行振动系统最优反馈控制律设计。算例表明该分析方法是可行的。

随机参数智能桁架结构动力特性分析

文中针对随机参数压电智能桁架结构研究了基于概率的结构动力特性分析方法。建立了压电主动杆和被动杆结构材料的质量密度、弹性模量同时具有随机性时结构的刚度矩阵和质量矩阵 ;从结构振动的瑞利商表达式出发 ,利用代数综合法推导出结构特征值随机变量数字特征的计算表达式。最后通过两个算例考察了智能桁架结构物理参数的随机性对其动力特性的影响 。

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的'自抗扰'能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。

免疫遗传算法在智能桁架结构振动主动控制系统优化设计中的应用

研究智能桁架结构中主动构件的配置和反馈增益的同步优化问题。基于有限元法,建立智能桁架结构的机电耦合有限元模型。根据结构的最大耗散能理论,建立智能桁架结构中主动构件的位置和反馈增益的同步优化的目标函数。最后,采用免疫遗传算法解决这一个同时含有离散和连续变量的优化设计问题,并通过一个平面16杆智能桁架结构的振动主动控制系统的优化设计和数值仿真,表明所提出的优化设计方法和优化算法的有效性。

智能桁架结构最优振动控制与作动器优化配置

研究了智能桁架结构最优振动控制和作动器的优化配置问题。首先采用有限元方法,根据Hamilton原理推导了智能桁架结构的机电耦合动力学方程,根据线性二次型最优控制理论,推导了结构振动控制的数学模型,通过最小化性能泛函,求解黎卡提矩阵代数方程确定了最优控制输入。然后通过对最优控制性能指标函数的修正,得到了与初始状态无关的性能指标,以修正的性能指标为目标函数,应用模拟退火算法对作动器位置进行了优化配置。最后给出了空间智能桁架结构振动控制算例验证建模过程和算法。算例结果表明,通过最优振动控制可以使结构振动快速衰减,达到振动抑制的效果,而且通过模拟退火算法可以确定最佳的作动器布置方式。

随机参数智能桁架结构振动控制中主动杆的优化配置

该文研究压电智能桁架结构振动主动控制中结构物理参数、作用荷载和控制力同时具有随机性时 ,压电主动杆的最优配置和增益优化问题。采用智能结构的状态空间模型建立了以最大耗散能准则为基础的目标函数 ,建立了具有动应力、动位移可靠性约束的主动杆的优化配置和增益优化模型 ,对结构动力响应的数字特征进行了推导。并通过一智能桁架结构的优化配置计算 。

智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究:(一)压电主动构件设计

基于压电材料的压电作动效应，设计了一种可用于智能桁架结构振动控制的直线式压电主动构件，讨论了设计理论、参数选取及其对压电主动构件性能带来的影响。

智能桁架结构振动阻尼控制研究

研究利用压电主动构件实现智能桁架结构阻尼控制的技术．控制方法采用局部积分力反馈，将压电主动构件的弹性内力经积分器反馈，以此获得施加于压电主动构件上的驱动电压，达到智能桁架结构闭环阻尼控制的目的．这种控制方法具有良好的稳定性和鲁棒性．通过一个空间桁架结构的控制实验，结果表明，该控制方法是有效的，可获得较大的结构模态阻尼．

压电智能桁架的振动控制和结构的一体化优化设计

提出了压电智能桁架的振动控制和结构的一体化优化设计方法。在优化模型中既能考虑结构设计指标 ,又能考虑振动控制指标 ,并且能同时进行控制参数和结构设计参数的联合优化设计 ,给出了灵敏度计算和优化求解方法 。

基于模态滤波器的柔性智能桁架结构振动主动控制实验研究

基于模态滤波器技术和最优控制理论 ,在测量加速度的情况下 ,采用独立模态空间控制方法研究了空间柔性智能桁架结构的振动主动控制问题。在研制了智能桁架结构的基础上 ,基于计算机控制系统理论 ,采用加速度测量进行了柔性智能桁架结构的实时计算机振动主动控制实验研究。

空间智能桁架的有限时间振动抑制控制

航天器结构设计需求趋于轻型化,大挠性空间桁架结构的应用日趋广泛,由于其具有低阻尼、大柔性等特性,在轨运行时容易产生大幅度的振荡,从而影响航天器的正常工作.为抑制传感器/作动器一体化的空间智能桁架结构的振动,基于独立模态空间理论并结合动态补偿线性化思想设计了基于终端滑模的有限时间控制方法.首先,基于有限元方法建立桁架动力学模型.然后,基于独立模态空间理论能够对各阶模态响应实现解耦的特点设计模态滤波器,利用扩张状态观测器对由外界环境干扰和模型摄动构成的系统总干扰进行实时估计,采用"动态补偿线性化"的思想将桁架动力学模型进行简化.最后,提出了一种结合双幂次趋近律与终端滑模面的有限时间控制器.仿真结果表明,相比于传统的齐次方法有限时间控制器,所提出的振动抑制控制器能够在较短时间内显著降低空间智能桁架结构在受到瞬态干扰力和周期干扰力作用时的模态振动响应幅值.算法具有良好的鲁棒性和有限时间振动收敛特性.

空间智能桁架作动器/传感器位置优化中的遗传算法应用

研究了空间智能桁架振动控制中的作动器/传感器位置优化问题。在对作动器/传感器进行动力学建模的基础上,推导出整个空间桁架机电耦合作动方程和传感方程。基于作动效率和观测效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,采用遗传算法对作动器/传感器位置进行了优化。最后针对空间智能桁架进行了位置优化仿真和模糊振动控制仿真,仿真结果验证了遗传算法优化此类问题的优越性、可信性。

线性随机智能桁架结构闭环动力响应

不仅压电智能桁架结构的阻尼、物理参数、几何尺寸具有随机性,而且外载荷幅值、闭环系统控制电压同时具有随机性时,利用振型迭加法导出了结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式.算例表明文中所提出的动力响应分析模型和方法是合理可行的.

基于加速度测量的柔性智能桁架结构振动主动控制实验研究

本文在只能获得加速度时 ,通过改变 Leunberger观测器的结构形式 ,基于模态滤波器技术、最优控制理论和计算机控制系统理论 ,采用独立模态空间控制策略进行了具有密集模态的空间柔性智能桁架结构的实时计算机振动主动控制实验研究。实验结果表明这种控制策略是行之有效的。

压电智能桁架的灵敏度分析与优化设计

在压电桁架结构的有限元分析方法基础上 ,考虑电荷载和机械荷载联合作用的机电耦合效应 ,给出了压电智能桁架的位移和自振频率对常规尺寸设计变量和形状设计变量的灵敏度计算公式 ,增加了电压这一类新的设计变量 ,给出了位移对电压的灵敏度计算方法 .在此基础上实现了通过优化压电主动桁架的电压进行变形控制的方法 ,并在JIFEX软件中实现了压电桁架的灵敏度分析与优化设计 .文中给出的数值算例验证了算法和程序的有效性 .

智能桁架结构振动控制中压电主动构件的研究:(二)压电主动构件的实验

通过实验研究了压电主动构件的工作性能：输出位移、输出力特性及其相关问题。针对压电主动构件的力学输出量与其驱动电压的非线性关系，提出了一种在驱动电路中串联电容的方法，来改善这个非线性特性和减小相位滞后问题。

压电智能桁架随机动力特性研究

压电智能结构在航天、航空工程获得了广泛应用。但其在随机荷载作用下的动力特性研究目前还很薄弱,以往计算方法的复杂性是造成这一状况的重要原因。本文应用虚功原理建立机电耦合智能桁架结构动力有限元方程,并基于虚拟激励原理提出系统受平稳/非平稳随机激励动力响应的高效算法,该方法自动包含了全部参振振型之间的互相关项及全部随机激励之间的互相关项,本质上是精确解法。应用给出的算法对15杆平面及25杆空间智能桁架进行较宽频带激励下平稳/非平稳随机振动分析,计算结果表明了算法的可靠及高效性。本文的工作为进一步进行压电智能桁架机电耦合系统随机控制打下良好的基础。

随机参数智能桁架结构在随机力下的闭环控制动力响应分析

针对随机参数压电智能桁架结构研究了基于概率的结构闭环控制系统动力响应分析模型与方法。利用振型迭加法导出了结构的物理参数、外荷载幅值以及闭环系统控制力同时具有随机性时 ,结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式。通过算例考察了智能结构物理参数、外荷载幅值以及控制力的随机性对结构闭环控制系统动力响应的影响 。

压电主动杆位置和增益在随机智能桁架结构振动控制中的优化

对结构物理参数、几何尺寸、作用荷载和控制力同时具有随机性时 ,随机压电智能桁架结构中主动杆的配置位置和闭环控制系统增益进行了优化 ,基于系统最小储存能 ,构建了具有动应力、动位移可靠性约束的主动杆配置和控制增益的优化模型 ;并对结构动力响应的数字特征进行了推导。通过算例 ,验证了该优化配置模型的合理性和有效性 ,获得了若干有意义的结论。

智能桁架结构局部力和速度复合反馈振动控制研究

研究利用压电主动构件实现智能桁架结构振动阻尼控制的技术。控制策略采用局部积分力和局部速度复合反馈，将测量的压电主动构件弹性内力和两端节点的相对速度，经控制器放大复合后得到压电主动构件的驱动电压，实现智能桁架结构阻尼控制的目的。这种控制方法具有良好的稳定性和鲁棒性。通过一个空间桁架结构的振动阻尼控制实验，结果表明该控制方法是有效的。